气囊在细菌中的生理功能、生物合成及应用研究进展

气囊是在水生细菌中广泛存在的一种具有刚性中空蛋白结构的特殊细胞器,不仅为水生细菌提供浮力,还对其在不利环境或应激条件下的生存至关重要。近期研究发现在其他非水生细菌如沙雷氏菌和链霉菌中也存在气囊结构,而且表现出不同的生理功能。来源于不同种属细菌的气囊生物合成基因簇具有各自鲜明的特征,其生物合成和调控机制也有所不同。本综述将介绍和总结不同细菌中气囊的基本生理功能和生物合成及调控机制,以及气囊的生物技术应用,并对气囊在链霉菌中的生物合成研究以及人工重组气囊的潜在应用进行展望。     

粪产碱杆菌的分离鉴定及其生物转化作用

【背景】硫化氢(H2S)作为畜牧生产过程中释放的一种有毒有害气体,严重危害畜禽和人类的健康,因此降解硫化氢特别是生物氧化法转化硫化氢已成为当前研究热点。【目的】筛选高效硫氧化菌株并研究其生物转化作用。【方法】以长春市某养鸡场采集的新鲜粪便为材料,分离鉴定硫氧化菌株。采用单因素分析法优化其生长条件,研究生物转化效率,检测soxY、soxZ基因m RNA表达水平。【结果】获得一株高效硫氧化菌株JF9,经鉴定为粪产碱杆菌。最佳生长条件:底物浓度0.5 g/L,温度35°C,初始pH 7.0,在此条件下Na2S去除率达94%以上。菌株JF9存在soxY和soxZ基因,其转录水平在硫源诱导前后差异显著(P0.05)。【结论】分离得到的粪产碱杆菌具有良好的硫化物转化能力,脱硫过程中硫氧化基因高效表达。     

乙酸钠调控小球藻生长及代谢产物

【背景】小球藻是一种单细胞绿藻,在不同培养条件下可积累高附加值的代谢产物,这些产物可用于生产生物燃料、食品、保健品、药品等。然而这些代谢产物在藻细胞中的生产率较低且很难通过经济可行的方法将其分离,这使其工业化规模生产受到限制。【目的】研究乙酸钠对小球藻生物量的影响,并分析其对小球藻代谢产物的调控作用。【方法】通过在小球藻培养液中添加不同浓度的乙酸钠(1.0、2.0、3.0、4.0、5.0 g/L),研究其调控小球藻生长和代谢的作用机理。【结果】在添加3.0 g/L乙酸钠的培养液中,小球藻的生物量是对照组的5.2倍,尽管藻细胞中蛋白质含量无明显变化,但油脂和类胡萝卜素含量是对照组的2.4倍和1.2倍,多糖和叶绿素a含量却仅为对照组的54.6%和54.4%。【结论】乙酸钠不仅会影响藻细胞的生长,还会调控其代谢过程,这为深入探索乙酸钠在调控小球藻生长及代谢过程的作用机制提供了理论基础和技术资料。     

常见肠道菌群代谢产物作为疾病诊断的指针的研究进展

人类肠道菌群能够产生多种代谢产物或与人体相互作用产生肠道菌群-宿主共代谢物,显著影响人体各大系统的生理功能。当人体健康状态以及肠道菌群发生变化时,肠道代谢物的种类和含量也会相应受到影响,因此肠道菌群代谢产物具有作为疾病诊断指针的巨大潜力。本文总结了常见的几类肠道微生物代谢产物,包括糖类、胆碱代谢物、脂质、氨基酸与肽类、维生素、胆汁酸、短链脂肪酸、酚、苯甲酰基和苯基衍生物等,及其在不同疾病状态下的作用机理,以期更好地理解肠道菌群、代谢产物和疾病之间的相关性,为疾病的预防、诊断和治疗提供新的靶点。     

基于pDS132的基因敲除中创伤弧菌氯霉素的耐药性变化及影响

【背景】基于自杀载体的基因敲除在单基因敲除上的应用较为常见,但在多基因敲除过程中细菌耐药性的变化及对后续敲除的影响尚未明确。【目的】探究基于自杀载体pDS132的创伤弧菌vvhA与rtxA1双基因敲除株构建过程中,创伤弧菌对氯霉素耐药性的变化及对后续基因敲除的影响。【方法】基于自杀载体pDS132的同源重组法构建创伤弧菌YJ016的单基因敲除株YJ016-ΔvvhA、YJ016-ΔrtxA1和双基因敲除株YJ016-ΔvvhAΔrtxA1,记录单交换筛选时的氯霉素浓度与筛选平板上成功重组的菌株所占比例。琼脂稀释法测定野生型与敲除株的氯霉素最低抑菌浓度(Minimum InhibitoryConcentration,MIC)和抗性突变频率,纸片扩散法测定菌株对其他药物的敏感性,分析其对单交换筛选的影响。【结果】单基因敲除株的氯霉素MIC及氯霉素抗性突变频率高于野生型;双基因敲除株的庆大霉素抑菌圈直径小于野生型。单基因敲除时,单交换重组菌株的占比为100%(20/20);在YJ016-ΔvvhA上敲除rtxA1基因,氯霉素筛选浓度为2、4μg/mL时,单交换重组菌株的占比分别为40%(8/20)、5%(1/20);在YJ016-ΔrtxA1上敲除vvhA基因,氯霉素筛选浓度为2、4μg/mL时,单交换重组菌株的占比均为0%(0/20)。【结论】基于自杀载体pDS132的基因敲除中创伤弧菌氯霉素的耐药性升高,可能影响后续单交换重组的筛选,该结果为基于自杀载体的同源重组技术应用于多基因敲除提供了参考。     

全球变化格局下重要传粉昆虫大蜜蜂的潜在适生区变化

【目的】当前全球气候变化、土地利用改变、人类活动加剧等正威胁着传粉昆虫的多样性及分布;蜜蜂是生态系统中重要的传粉昆虫类群,对气候、环境变化响应敏感。本研究以重要的传粉昆虫大蜜蜂Apis dorsata为对象,探讨全球变化格局下其潜在适生区变化以及影响其分布的关键因子。【方法】通过文献、馆藏和野外调查系统收集了全球范围内大蜜蜂的物种分布数据,使用13个环境变量通过MaxEnt模型模拟了大蜜蜂当前的潜在适生区;使用9个气候变量并结合公共地球系统模型(CCSM4)模拟了大蜜蜂过去、当前和未来的潜在适生区。【结果】AUC比率显示MaxEnt模型对大蜜蜂的潜在适生区模拟具有较高的准确性,模拟结果表明大蜜蜂的中高潜在适生区主要分布在南亚和东南亚湿润的热带雨林、热带季节性雨林和低地雨林。人类影响、温度季节性变化、等温性、最冷季均温和海拔是影响大蜜蜂潜在适生区的5个最主要因子;在人类影响下大蜜蜂的潜在适生区向山区和连片的湿润常绿森林区收缩,中高潜在适生区显著减少且呈破碎化趋势。基于9个气候变量和CCSM4气候模型对过去、当前和未来的模拟结果显示：在过去的末次冰盛期,东南亚地区可能是大蜜蜂的避难所;在未来,广布于热带地区的大蜜蜂适生区与当前的相近,且部分地区适生指数升高。【结论】基于气候的模拟结果显示大蜜蜂能积极应对未来气候变暖,但随人类活动的加剧及全球气候变化,大蜜蜂仍然面临较大的威胁,需要加强其在南亚和东南亚的中高潜在适生区的重视和保护。     

昆虫口腔分泌物效应子及其在害虫防治中基于RNAi技术的应用展望

昆虫口腔分泌物(oral secretion, OS),又称返吐液,是昆虫唾液腺分泌的唾液和肠道分泌物的混合液。昆虫取食寄主植物过程中,OS随之分泌至植物中,并影响植物的防御反应。RNA干扰(RNAinterference, RNAi)是研究昆虫基因功能有价值的反向遗传学工具,也是目前最有可能应用于害虫防治的新技术。本文主要综述了昆虫OS对寄主植物防御的影响、昆虫OS效应子的鉴定和OS效应子基于RNAi技术在害虫防治中可行性及应用前景。昆虫OS对寄主植物防御的影响主要表现为干扰植物的茉莉酸信号通路、筛管阻塞、Ca²⁺通路等防御反应,进而促进昆虫摄取食物。目前,昆虫OS效应子主要鉴定手段是通过昆虫唾液腺转录组分析和OS蛋白组分析;而已鉴定的OS效应子主要来源于刺吸式口器昆虫,在咀嚼式口器昆虫中的报道甚少;功能研究发现昆虫OS效应子在寄主植物中的表达会影响昆虫存活率、繁殖力和取食能力及昆虫和植物的其他重要生理指标,并通过鉴定OS效应子与植物防御机制的相互作用关系,进而证明OS效应子在昆虫与寄主植物关系中的重要性。基于RNAi技术,通过注射、饲喂和植物介导RNAi等方法在多种昆虫中产生了OS效应子基因下调和生长发育受影响的现象,由此说明OS效应子基因已具备作为RNAi靶标的条件。虽然目前研究尚处于实验室阶段,但已证明其应用于害虫防治方面具有一定的可行性。昆虫口腔分泌物是研究昆虫与寄主植物相互作用机制的新方向。最后,对OS未来潜在的研究方向进行了展望,以期对我国害虫防治的研究提供理论指导。     

基于MaxEnt模型的延河流域草本植物适生分布与功能性状分析

明确延河流域常见草本植物的潜在适生区分布,是植被恢复工作持续推进的基础。本研究收集了延河流域8种常见草本植物的地理分布信息和13个环境变量,采用MaxEnt和ArcGIS模拟了延河流域常见草本植物在当前气候下的潜在适生性分布,进而研究这8种不同草本植物适生性分布与功能性状变异特征之间的相关关系。研究结果显示：根据物种-性状排序图的分布格局判断,本研究选择的七个功能性状在植物所属科之间发生了明显趋异分化现象,在PC1右侧为禾本科植物,PC1左侧为菊科、豆科和唇形科植物。对物种适生性分布模拟结果表明,达乌里胡枝子在研究区内的适生性最高,百里香的适生性最低,表明达乌里胡枝子比其他常见草本物种更适合被选择为该流域的植被恢复的先锋物种。在功能性状变异特征相关性分析中,物种适生区大小与比叶面积变异系数呈显著正相关,与其他植物功能性状变异特征不显著。因此,比叶面积的变异系数更适合作为指示延河流域草本植物适生区大小的性状。     

林下植被和凋落物对寒温带森林生长季土壤CH4通量的影响

为进一步探究林下植被和凋落物管理对我国寒温带森林生长季土壤CH₄通量的影响,采用静态箱-气相色谱法对大兴安岭北部4种林型（白桦林、山杨林、樟子松林和兴安落叶松林）4种处理（自然状态、去除凋落物、去除林下植被以及去除林下植被和凋落物）的土壤CH₄通量排放特征进行观测研究。结果表明：该地区森林生长季土壤均表现为CH₄的汇,4种林型不同处理后土壤CH₄通量表现为单峰变化趋势,吸收峰值出现在7月或8月。自然状态4种林型土壤CH₄平均吸收通量表现为白桦林（-79.23±14.92）μg m^-2 h^-1>山杨林（-64.27±9.60）μg m^-2 h^-1>樟子松林（-62.54±15.48）μg m^-2 h^-1>兴安落叶松林（-48.73±12.26）μg m^-2 h^-1,兴安落叶松土壤CH₄平均吸收通量显著小于其他三种林型（P<0.05）。相比于自然状态,4种林型在去除凋落物后土壤CH₄吸收通量提高了2.12%-12.15%,但变化幅度均没有达到显著水平（P>0.05）。去除林下植被后4种林型CH₄吸收通量提高了0.84%-20.55%,且只有山杨林吸收增加达到显著水平（P<0.05）。同时去除林下植被和凋落物后,对白桦林和樟子松土壤CH₄通量影响不显著（P>0.05）,但对山杨林和兴安落叶松林影响显著（P<0.05）。总之,去除凋落物或林下植被均会提高土壤对CH₄吸收,去除林下植被对土壤CH₄通量的影响要大于去除凋落物的影响,但不同林型不同处理之间还存在差异。     

高阶相互作用对宿主-寄生群落动态的影响

物种间相互作用是影响生物群落稳定性和多样性的重要因素。基于Lotka-Volterra竞争模型,通过构建多宿主种群的种内和种间高阶相互作用模型,研究宿主种群的间接竞争效应对寄生群落动态的影响机制。为有效地揭示高阶作用对种群动态的影响,通过对比宿主-寄生群落的现象模型以及机制模型,利用机制模型产生的合理数据集对现象模型中高阶项的参数进行拟合,进而探讨了高阶相互作用在群落动态中的作用。结果显示,完整的高阶相互作用模型在描述多宿主-寄生系统的群落动态中表现最优,而直接相互作用模型对群落动态的描述相对较差,即同时考虑种间和种内的高阶相互作用模型更加符合机制模型所描述的群落动态。此外,种内高阶作用和种间高阶作用产生不对称效应,宿主间的种间高阶作用对群落产生的影响较种内高阶作用更为显著。该研究结果在一定意义上丰富了宿主-寄生生物群落的稳定性研究,为理解物种间相互作用的多样性研究提供了依据。